Невідомо! Китайські вчені розкривають «чарівну магію» сонячного фотокаталітичного виробництва водню

Сонячні фотокаталітичні реакції можуть розщеплювати воду для отримання водню та відновлювати вуглекислий газ для виробництва «сонячного палива». Як реалізується магічна «магія» сонячного світла завжди було складною проблемою в галузі науки. Нещодавно з Академії наук Китаю надійшли хороші новини: дослідницька група під керівництвом академіка Лі Цана та дослідника Фань Фентао з Даляньського інституту хімічної фізики Академії наук Китаю (далі — «Даляньський інститут хімічної фізики») успішно виявила цю таємницю та «сфотографував» фотогенерований заряд Передача еволюції повного просторово-часового зображення. Відповідні результати дослідження опубліковані в міжнародному науковому журналі "Nature" 12 жовтня.

Основна наукова проблема фотокаталітичного розщеплення води полягає в тому, як досягти ефективного розділення та транспортування фотогенерованих зарядів. «У процесі фотокаталізу фотогенеровані електрони та дірки необхідно відокремити від мікронаночастинок і перенести на поверхню каталізатора, щоб почати хімічну реакцію». Фан Фентао зазначив, що оскільки цей процес триває від фемтосекунд до секунд, від атомів до мікронів, розгадати мікроскопічний механізм цього процесу надзвичайно складно.

«Протягом тривалого часу наша команда працювала над вирішенням цієї проблеми. У цій роботі, інтегруючи різноманітні передові технології та теорії, ми відстежили весь процес поділу та еволюції переносу фотогенерованих зарядів у наночастинках у всьому просторі-часі. ", - сказав Лі Кан.

За словами Лі Кан, шляхом інтеграції різноманітних передових методів визначення характеристик і теоретичного моделювання, включаючи фотоемісійну електронну мікроскопію з часовим розділенням (від фемтосекунд до наносекунд), перехідну спектроскопію фотоелектричної напруги на поверхні (від наносекунд до мікросекунд) і мікроскопію фотоелектричної напруги на поверхні (мікросекунди) від секунди до секунди) і т.д., як естафета, вперше в частинці фотокаталізатора, щоб відстежити весь механізм електронів і дірок, які досягають поверхневого реакційного центру.

Здатність відстежувати перенесення заряду в часі та просторі значно сприятиме розумінню складних механізмів у процесі перетворення енергії та надасть нові ідеї та методи дослідження для раціонального проектування фотокаталізаторів із кращою продуктивністю. «Очікується, що в майбутньому це досягнення сприятиме застосуванню сонячного фотокаталітичного розщеплення води для виробництва «сонячного палива» в реальному житті, поступово перетворюючи мрії в реальність і забезпечуючи чисту та екологічно чисту енергію для нашого виробництва та життя», — сказав Лі Кан.

Існує три типові технічні способи розщеплення води сонячними променями для отримання водню, а саме фотоелектричний електроліз води, фотокаталітичне розщеплення води та фотокаталітичне розщеплення води. Серед них фотоелектричний електроліз води, тобто використання екологічно чистої електроенергії, виробленої фотоелектричними установками, для електролізу води для виробництва зеленого водню.

Найпростішим і найекономічнішим є використання фотокаталізаторів для реалізації сонячного розщеплення води для виробництва водню. Конструкція пристрою легша, загальна вартість дешева, і його легко масштабувати. Ця технологія почалася в 1972 році, коли два професори, Фуджісіма А та Хонда К з Токійського університету вперше повідомили, що монокристалічні електроди TiO2 фотокаталітично розкладають воду та генерують водень, відкриваючи таким чином можливість використання сонячної енергії для безпосереднього розкладання води для виробництва hydrogen Possibility, відкрив шлях дослідження виробництва водню шляхом фотолізу води з використанням сонячної енергії. До фотокаталізаторів, які зараз потрапляють у поле зору вчених, відносяться танталати, ніобати, титанати та полісульфіди.

На додаток до пошуку каталізаторів важливою частиною є те, як досягти ефективного розділення та транспортування фотогенерованих зарядів. Відкриття Далянського інституту хімічної фізики відіграє величезну роль у сприянні фотокаталітичного виробництва водню.